JPH05288555A

JPH05288555A - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH05288555A
Application number: JP4119974A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 村武中; Tomohito Takahata; 畠智史高
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-04-13
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 1993-11-02

Abstract

(57)【要約】【目的】温度が変化しても回転角速度をほとんど誤差
なく検出することができる、振動ジャイロを提供する。【構成】振動ジャイロ１０は振動子１１を含み、振動
子１１は回転角速度に応じた信号が出力される圧電素子
１４ａおよび１４ｂを有する。圧電素子１４ａおよび１
４ｂは、差動増幅回路４０の２つの入力端に接続され
る。差動増幅回路４０の出力端は、同期検波回路４２お
よび整流増幅回路４４を介して、アナログ加算器４６の
一方の入力端に接続される。また、振動子１１の近傍に
は、振動子１１の周辺の温度を検出するための温度セン
サ５０が設けられる。この温度センサ５０は、Ａ／Ｄ変
換器５２の入力端に接続される。Ａ／Ｄ変換器５２の出
力端は、ＰＬＤ（プログラマブルロジックデバイス）５
４およびＤ／Ａ変換器５８を介して、アナログ加算器４
６の他方に入力端に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は振動ジャイロに関し、
特に回転角速度を検出することができる、振動ジャイロ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動ジャイロとしては、たとえ
ば、３角柱状の振動体の３つの側面に圧電素子がそれぞ
れ形成された振動子を用いたものがあった。この振動ジ
ャイロでは、たとえば、２つの圧電素子が駆動用かつ検
出用として用いられ、他の１つの圧電素子が帰還用とし
て用いられる。

【０００３】そして、この従来の振動ジャイロでは、帰
還用の１つの圧電素子から駆動用かつ検出用の２つの圧
電素子に駆動信号を与えれば、振動体が振動する。この
ように振動体が振動した状態で振動子が回転すれば、駆
動用かつ検出用の２つの圧電素子間に出力差が生じ、そ
の出力差に応じた出力信号によって回転角速度が検出さ
れる。この場合、振動子の無回転時における出力信号
（以下、単に「無回転時出力信号」という。）を基準値
として、振動子の回転時における出力信号（以下、単に
「回転時出力信号」という。）から回転角速度が検出さ
れる。なお、無回転時出力信号を基準値にした回転時出
力信号を時間で積分すれば、回転角度も検出される。

【０００４】従来、このような基準値としては、振動ジ
ャイロを搭載する移動体が移動する前に無回転時出力信
号を検出し、その無回転時出力信号を用いる方法と、振
動ジャイロを搭載した移動体が静止状態であるか否かを
別のセンサで逐次検出し、静止状態であることを検出し
た時の無回転時出力信号で逐次更新していく方法とがあ
った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、基準値とな
る無回転時出力信号が温度変化によって変動するため、
振動ジャイロを搭載した移動体が移動している間に温度
変化が生じた場合、上記のいずれの方法でも、その温度
変化に伴う基準値の変動に対応することができず、その
温度変化によって回転角速度や回転角度に誤差を生じる
場合があった。特に、回転角度は、出力信号を時間で積
分して検出するため、誤差が大きくなる。さらに、上記
の後者の方法では、移動体の静止状態を検出するための
別のセンサが必要であるので、高価なものとなる。

【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、温
度が変化しても回転角速度をほとんど誤差なく検出する
ことができる、振動ジャイロを提供するである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、回転角速度
に応じた信号が出力される圧電素子を有する振動子を含
む振動ジャイロであって、振動子の無回転時における圧
電素子からの信号に応じた信号が振動子の周辺の温度に
対応して記録された記録手段と、振動子の周辺の温度を
検出するための温度検出手段と、温度検出手段で検出し
た温度に対応しかつ記録手段に記録されている信号を、
圧電素子からの信号に合成するための合成手段とを含
む、振動ジャイロである。

【０００８】

【作用】圧電素子からは、回転角速度に応じた信号が出
力される。また、記録手段には、振動子の無回転時にお
ける圧電素子からの信号に応じた信号が、振動子の周辺
の温度に対応して記録されている。さらに、温度検出手
段によって、振動子の周辺の温度が検出される。そし
て、合成手段によって、温度検出手段で検出した温度に
対応しかつ記録手段に記録されている信号が、圧電素子
からの信号に合成される。そのため、振動子の周辺の温
度が変化し圧電素子からの信号が変動しても、合成手段
で合成された信号がほとんど変動しない。したがって、
振動子の周辺の温度が変化しても、合成手段で合成され
た信号から回転角速度がほとんど誤差なく検出される。

【０００９】

【発明の効果】この発明によれば、温度が変化しても回
転角速度をほとんど誤差なく検出することができる、振
動ジャイロが得られる。しかも、この発明にかかる振動
ジャイロでは、移動体の静止状態を検出するための別の
センサが不要となる。

【００１０】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１１】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示すブロック図
である。この振動ジャイロ１０は、振動子１１を含み、
振動子１１は、たとえば正３角柱状の振動体１２を含
む。この振動体１２は、たとえばエリンバ，鉄−ニッケ
ル合金，石英，ガラス，水晶，セラミックなど、一般的
に機械的な振動を生じる材料で形成される。

【００１２】この振動体１２には、その３つの側面の中
央に、圧電素子１４ａ，１４ｂおよび１４ｃがそれぞれ
形成される。圧電素子１４ａは、たとえば磁器からなる
圧電層１６ａを含み、圧電層１６ａの両主面には電極１
８ａおよび２０ａがそれぞれ形成される。なお、これら
の電極１８ａおよび２０ａは、たとえば金，銀，アルミ
ニウム，ニッケル，銅−ニッケル合金（モネルメタル）
などの電極材料で、たとえばスパッタリング，蒸着等の
薄膜技術であるいはその材料によっては印刷技術で形成
される。同様に、他の圧電素子１４ｂおよび１４ｃも、
それぞれ、たとえば磁器からなる圧電層１６ｂおよび１
６ｃを含み、それらの圧電層１６ｂと１６ｃとの両主面
にも、電極１８ｂおよび２０ｂと１８ｃおよび２０ｃと
が、それぞれ形成されている。そして、これらの圧電素
子１４ａ〜１４ｃの一方の電極１８ａ〜１８ｃは、たと
えば導電接着剤で振動体１２に接着される。

【００１３】さらに、振動体１２の２つのノード点の近
傍部分は、たとえば金属線からなる支持部材（図示せ
ず）で、それぞれ支持される。これらの支持部材は、た
とえば溶接することによって、あるいは導電性ペースト
で接着することによって、振動体１２の２つのノード点
の近傍部分にそれぞれ固着される。これらの支持部材
は、振動体１２のアース端子として用いられる。

【００１４】この振動子１１では、たとえば、２つの圧
電素子１４ａおよび１４ｂが駆動用かつ検出用として用
いられ、他の圧電素子１４ｃが帰還用として用いられ
る。そして、帰還用の圧電素子１４ｃから駆動用かつ検
出用の圧電素子１４ａおよび１４ｂに駆動信号を帰還す
れば、振動体１２が振動し、それらの圧電素子１４ａお
よび１４ｂから同様の正弦波が出力される。また、その
状態で振動子１１がその軸を中心として回転すれば、駆
動用かつ検出用の一方の圧電素子の出力は回転角速度に
従って大きくなり、逆に駆動用かつ検出用の他方の圧電
素子の出力は回転角速度に従って小さくなる。

【００１５】この振動子１１の帰還用の圧電素子１４ｃ
の電極２０ｃと、駆動用の圧電素子１４ａおよび１４ｂ
の電極２０ａおよび２０ｂとの間には、振動子１１を自
励振駆動するための帰還ループとして、発振回路３０お
よび位相回路３２が接続される。

【００１６】さらに、圧電素子１４ａおよび圧電素子１
４ｂは、差動増幅回路４０の２つの入力端に、それぞれ
接続される。差動増幅回路４０は、たとえばオペアンプ
を含み、このオペアンプの非反転入力端および反転入力
端に、圧電素子１４ａおよび１４ｂの電極２０ａおよび
２０ｂが、それぞれ接続される。この差動増幅回路４０
は、圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力差を検出するた
めのものである。

【００１７】差動増幅回路４０の出力端は、同期検波回
路４２の一方の入力端に接続される。同期検波回路４２
の他方の入力端には、位相回路３２が接続される。この
同期検波回路４２は、差動増幅回路４０の出力を振動子
１１の駆動信号に同期して検波するためのものである。

【００１８】さらに、同期検波回路４２の出力端は、整
流増幅回路４４の入力端に接続される。この整流増幅回
路４４は、同期検波回路４２の出力を整流して増幅する
ためのものである。

【００１９】整流増幅回路４４の出力端は、アナログ加
算器４６の一方の入力端に接続される。このアナログ加
算器４６は、整流増幅回路４４からの信号に、その信号
を補正すべきアナログ信号を加算するためのものであ
る。

【００２０】また、振動子１１の近傍には、たとえば正
特性サーミスタや白金温度センサなどからなる温度セン
サ５０が設けられる。この温度センサ５０は、振動子１
１の周辺の温度を検出するためのものである。

【００２１】温度センサ５０は、たとえば複数のアナロ
グコンパレータからなるＡ／Ｄ変換器５２の入力端に接
続される。このＡ／Ｄ変換器５２は、温度センサ５０か
らのアナログ信号をデジタル信号に変換するためのもの
である。このＡ／Ｄ変換器５２では、温度センサ５０で
検出した温度がたとえば−２０℃〜６０℃の範囲におい
てたとえば５℃ごとに、異なったコンパレータがオンに
なり、温度センサ５０からのアナログ信号が異なったデ
ジタル信号に変換される。なお、この実施例において、
アナログ信号に相当する温度とデジタル信号との具体的
な関係を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】したがって、Ａ／Ｄ変換器５２によって、
温度センサ５０によって検出された温度がたとえば−１
７．５℃であれば、温度センサ５０からのアナログ信号
がたとえば「0000000000000000」のデジタル信号に変換
される。

【００２４】Ａ／Ｄ変換器５２の出力端は、プライオリ
ティエンコーダなどを含むＰＬＤ（プログラマブルロジ
ックデバイス）５４の入力端に接続される。ＰＬＤ５４
には、振動子１１の無回転時における整流増幅回路４４
からの信号を反映した結線データとプライオリティエン
コーダなどのロジックデータが、書き込まれている。こ
のＰＬＤ５４は、入力されたデジタル信号に対応した所
定のデジタル信号を出力するためのものである。この実
施例において、ＰＬＤ５４に入力されるデジタル信号と
ＰＬＤ５４から出力されるデジタル信号との具体的な関
係を表２に示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】ここで、ＰＬＤ５４に入力されるデジタル
信号とＰＬＤ５４から出力されるデジタル信号との関係
について詳しく説明する。

【００２７】振動子１１の無回転時において、振動子１
１の周辺の温度によっては圧電素子１４ａおよび１４ｂ
間に出力差が生じる場合があり、整流増幅回路４４から
の信号は、たとえば、図２の点線で示すように、常に０
ｍＶとはならず、振動子１１の周辺の温度にほぼ比例し
て変動する。振動子１１の無回転時において、整流増幅
回路４４からの信号を常に０ｍＶにするためには、その
信号に逆向きの信号を加算すればよい。たとえば、−１
７．５℃においては、整流増幅回路４４からの信号が−
０．６ｍＶであるので、その信号に０．６ｍＶの信号を
加算すれば０ｍＶとなる。一方、−１７．５℃付近の温
度すなわち−２０℃以上で−１５℃未満の温度範囲にお
いては、Ａ／Ｄ変換器５２からは同じデジタル信号「00
00000000000000」が出力される。また、−２０℃以上で
−１５℃未満の温度範囲のように狭い温度範囲において
は、整流増幅回路４４からの信号があまり変動しない。
そのため、−２０℃以上で−１５℃未満の温度範囲にお
いては、整流増幅回路４４からの信号に０．６ｍＶの信
号を加算すれば、ほぼ０ｍＶとなる。また、他の温度範
囲においては、０．５ｍＶ〜−０．９ｍＶの信号を加算
すれば、ほぼ０ｍＶとなる。そこで、この実施例では、
整流増幅回路４４からの信号には、図２の１点鎖線で示
すように、０．１ｍＶを１単位として所定数の単位の信
号を加算することにした。たとえば、−１７．５℃付近
の温度においては、整流増幅回路４４からの信号に６単
位の信号を加算することにした。

【００２８】そして、整流増幅回路４４からの信号に加
算する信号の単位数に対応する１６桁の２進数で表した
デジタル信号を、ＰＬＤ５４から出力されるデジタル信
号とした。たとえば、−１７．５℃付近においては、加
算する信号の単位数が６であるので、ＰＬＤ５４から出
力されるデジタル信号は「0000000000100000」とする。
この場合、ＰＬＤ５４に入力されるデジタル信号は、
「0000000000000000」である。そのため、ＰＬＤ５４に
入力されるデジタル信号「0000000000000000」には、Ｐ
ＬＤ５４から出力されるデジタル信号「00000000001000
00」が対応する。

【００２９】同様に、他の温度範囲においても、ＰＬＤ
５４に入力されるデジタル信号とＰＬＤ５４から出力さ
れるデジタル信号とが対応される。

【００３０】したがって、ＰＬＤ５４に入力されるデジ
タル信号とＰＬＤ５４から出力されるデジタル信号と
は、表２に示す関係となる。

【００３１】ＰＬＤ５４の出力端は、Ｄ／Ａ変換器５６
の入力端に接続される。このＤ／Ａ変換器５６は、ＰＬ
Ｄ５４からのデジタル信号を、整流増幅回路４４からの
信号に加算する信号（アナログ信号）に、変換するため
のものである。なお、Ｄ／Ａ変換器５６に入力されるデ
ジタル信号とＤ／Ａ変換器５６から出力されるアナログ
信号に相当する電圧との具体的な関係を表３に示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】Ｄ／Ａ変換器５６の出力端は、アナログ加
算器４６の他方の入力端に接続される。したがって、Ｄ
／Ａ変換器５６からのアナログ信号は、アナログ加算器
４６によって、整流増幅回路４４からの信号に加算され
る。

【００３４】次に、この振動ジャイロ１０の動作などに
ついて説明する。

【００３５】振動ジャイロ１０は、振動子１１の帰還用
の圧電素子１４ｃの出力が帰還ループとしての発振回路
３０および位相回路３２によって駆動用かつ検出用の圧
電素子１４ａおよび１４ｂに帰還されるため、自励振駆
動する。

【００３６】振動子１１の無回転時においては、整流増
幅回路４４からの信号は、図２の点線で示すように、振
動子１１の周辺の温度にほぼ比例して変動する。

【００３７】一方、温度センサ５０によって、振動子１
１の周辺の温度が検出され、その温度に応じたアナログ
信号が出力される。

【００３８】そのアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器５２に
よって、所定のデジタル信号に変換される。

【００３９】また、ＰＬＤ５４からは、Ａ／Ｄ変換器５
２からのデジタル信号に対応する所定のデジタル信号が
出力される。

【００４０】さらに、ＰＬＤ５４からのデジタル信号
は、Ｄ／Ａ変換器５６によって、整流増幅回路４４から
の信号に加算するアナログ信号に変換される。すなわ
ち、Ｄ／Ａ変換器５６からのアナログ信号は、図２の１
点鎖線で示すように、０．１ｍＶを１単位として所定数
の単位の信号となる。

【００４１】そして、Ｄ／Ａ変換器５６からのアナログ
信号は、アナログ加算器４６によって、整流増幅回路４
４からの信号に加算される。したがって、振動子１１の
無回転時においては、振動子１１の周辺の温度が変化し
ても、アナログ加算器４６からの出力信号は、図２の実
線で示すように、ほぼ０ｍＶとなる。

【００４２】また、この振動ジャイロ１０では、振動子
１１がその軸を中心に一方向に回転した場合、たとえ
ば、駆動用かつ検出用の一方の圧電素子１４ａの出力が
その回転角速度に従って大きくなり、他方の圧電素子１
４ｂの出力がその回転角速度に従って小さくなる。その
ため、振動子１１の回転角速度が大きくなればなるほ
ど、圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力差すなわち差動
増幅回路４０からの信号が大きくなり、アナログ加算器
４６からの出力信号も大きくなる。

【００４３】したがって、この振動ジャイロ１０では、
振動子１１の周辺の温度が変化しても、アナログ加算器
４６の出力信号の大きさから、回転角速度をほとんど誤
差なく検出することができる。

【００４４】なお、振動子１１が逆方向に回転している
場合は、圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力の大きさが
逆になるので、アナログ加算器４６からの出力信号の極
性も逆になる。したがって、アナログ加算器４６の出力
信号の極性から、振動ジャイロ１０の回転方向を知るこ
とができる。

【００４５】図３は図１に示す実施例の変形例を示すブ
ロック図である。図３に示す実施例では、ＰＬＤ５４に
代えて、マイコン６０が用いられている。すなわち、図
３に示す実施例では、特に、Ａ／Ｄ変換器５２の出力端
が、マイコン６０の入力端に接続される。このマイコン
６０の出力端は、Ｄ／Ａ変換器５６の入力端に接続され
る。また、このマイコン６０のＥＰＲＯＭを含むＲＯＭ
には、図１に示す実施例のＰＬＤ５４に記録されている
データと同様な補正データが、書き込まれる。このマイ
コン６０は、図１に示す実施例のＰＬＤ５４と同様に、
入力されたデジタル信号に対応した所定のデジタル信号
を出力する。

【００４６】なお、図３に示す実施例において、Ａ／Ｄ
変換器５２に入力されるアナログ信号に相当する温度と
Ａ／Ｄ変換器５２から出力されるデジタル信号との具体
的な関係を表４に示し、マイコン６０に入力されるデジ
タル信号とマイコン６０から出力されるデジタル信号と
の具体的な関係を表５に示し、Ｄ／Ａ変換器５６に入力
されるデジタル信号とＤ／Ａ変換器５６から出力される
アナログ信号に相当する電圧との具体的な関係を表６に
示す。

【００４７】

【表４】

【００４８】

【表５】

【００４９】

【表６】

【００５０】図３に示す実施例でも、振動子１１の無回
転時において、整流増幅回路４４からの信号は、図１に
示す実施例と同様に、図２の点線で示すように、振動子
１１の周辺の温度にほぼ比例して変動する。

【００５１】さらに、Ｄ／Ａ変換器５６からのアナログ
信号は、図２の１点鎖線で示すように、０．１ｍＶを１
単位として所定数の単位の信号となる。

【００５２】そして、Ｄ／Ａ変換器５６からのアナログ
信号は、アナログ加算器４６によって、整流増幅回路４
４からの信号に加算される。したがって、振動子１１の
無回転時においては、振動子１１の周辺の温度が変化し
ても、アナログ加算器４６からの出力信号は、図２の実
線で示すように、ほぼ０ｍＶとなる。

【００５３】図３に示す実施例でも、振動子１１の周辺
の温度が変化しても、アナログ加算器４６の出力信号の
大きさから、回転角速度をほとんど誤差なく検出するこ
とができる。

【００５４】さらに、図３に示す実施例でも、アナログ
加算器４６の出力信号の極性から、振動ジャイロ１０の
回転方向を知ることができる。

【００５５】なお、上述の各実施例では、振動子に正３
角柱状の振動体が用いられているが、たとえば４角柱状
など多角柱状の振動体が用いられてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】振動子の無回転時において、温度変化に対する
整流増幅回路，Ｄ／Ａ変換器およびアナログ加算器から
のそれぞれの信号の電圧を示すグラフである。

【図３】図１に示す実施例の変形例を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１０振動ジャイロ１１振動子１２振動体１４ａ，１４ｂ，１４ｃ圧電素子３０発振回路３２位相回路４０差動増幅回路４２同期検波回路４４整流増幅回路４６アナログ加算器５０温度センサ５２Ａ／Ｄ変換器５４ＰＬＤ５６Ｄ／Ａ変換器６０マイコン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転角速度に応じた信号が出力される圧
電素子を有する振動子を含む振動ジャイロであって、前記振動子の無回転時における前記圧電素子からの信号
に応じた信号が前記振動子の周辺の温度に対応して記録
された記録手段、前記振動子の周辺の温度を検出するための温度検出手
段、および前記温度検出手段で検出した温度に対応しか
つ前記記録手段に記録されている信号を、前記圧電素子
からの信号に合成するための合成手段を含む、振動ジャ
イロ。